DE3009237A1

DE3009237A1 - METHOD FOR GENERATING ELECTRICITY AND HEAT FROM COAL

Info

Publication number: DE3009237A1
Application number: DE19803009237
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. 4030 Ratingen Giertz
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1980-03-11
Filing date: 1980-03-11
Publication date: 1981-09-24
Also published as: DE3165810D1; EP0035783A1; US4651520A; ATE9243T1; EP0035783B1; JPS56146018A

Abstract

A method and apparatus for power and/or heat generation from fuels. The fuel is fed to a combustion chamber and a pressurized gaseous oxidizing agent is fed to the combustion chamber to fire the fuel in a fluidized bed. The smoke gases coming from the fluidized bed are cooled, purified in a purifier such as an electrostatic filter, reheated in a heat exchanger immersed into the fluidized bed and fed to the gas turbine. The exhaust gas from the gas turbine is fed to a recuperator for gaining the residual thermal energy and is then released through a chimney. The cooling of the smoke gas can be achieved by adding compressed air to the smoke gas stream or by introduction, e.g. into the upper half of the combustion chamber of a water or steam operated heat exchanger.

Description

BERGWERKSVERBAND GMBHBERGWERKSVERBAND GMBH

VERSUCHSBETRIEBE DER BERGBAU-FORSCHUNGEXPERIMENTAL COMPANIES OF MINING RESEARCH

4300 Essen 13 (Kray), 21 .02 .4300 Essen 13 (Kray), 21.02.

Franz-Fischer-Weg 61 Telefon (0201) 105-1Franz-Fischer-Weg 61 Telephone (0201) 105-1

A 8/Str-BeA 8 / Str-Be

Verfahren zur Strom- und Wärmeerzeugung aus KohleProcess for generating electricity and heat from coal

Eine Strom- und Wärmeerzeugung aus Kohle findet in der Regel in Heizkraftwerken statt, die sich im wesentlichen durch ihre Feuerungstechnik unterscheiden. Die Technologie zur Strom- und Wärmeerzeugung aus Kohle hat sich hierbei zunächst von der Rostfeuerung, bei der die Kohle in einer Festschicht verbrannt wird, zur Staubfeuerung entwickelt, bei der die Kohle in einer Flugstaubwolke verbrannt wird. Die Wirbelschichtfeuerung liegt zwischen beiden Feuerungsarten. Sie tritt ein, wenn die Gasgeschwindigkeit des von unten gegen das Schichtmaterial gerichteten Luftstromes soweit zunimmt, bis die Schüttschicht zunächst in einen Schwebezustand und bei weiter zunehmender Gasgeschwindigkeit in eine mehr oder weniger stark wirbelnde Bewegung übergeht. Die Wirbelschichtfeuerung kann unter atmosphärischen und Überdruckbedingungen betrieben werden. Druck-Wirbelschichtfeuerungen haben den Vorteil, daß die Anlagen sehr kompakt gebaut werden können.A power and heat generation from coal usually takes place in thermal power stations, which are essentially through differentiate their firing technology. The technology for generating electricity and heat from coal has developed here initially developed from grate firing, in which the coal is burned in a solid layer, to dust firing, in which the coal is burned in a cloud of airborne dust. Fluidized bed combustion lies between the two types of combustion. It occurs when the gas velocity of the air flow directed from below against the layer material increases so much until the bulk layer is initially in a state of suspension and, as the gas velocity continues to increase, in a more or less swirling motion passes over. The fluidized bed combustion can operate under atmospheric and overpressure conditions operate. Pressure fluidized bed combustion systems have the advantage that the systems are built very compactly can.

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Es gibt bis heute aber noch keine hinreichenden Erfahrungen mit dem Betrieb von Wirbelschichtfeuerungen unter Überdruckbedingungen in Verbindung mit einer Gasturbinenanlage. Druckbetriebene Pilotanlagen befinden sich zur Zeit in der Planungsphase, vor der ersten Inbetriebnahme oder noch im Versuchsstadium. To date, however, there is still insufficient experience with the operation of fluidized bed furnaces under overpressure conditions in connection with a gas turbine plant. Pressure-operated pilot systems are currently in the planning phase, before the first commissioning or still in the test stage.

Es ist bekannt, daß zur Strom- und Wärmeerzeugung aus Kohle mittels einer druckbetriebenen Wirbelschichtfeuerung die angesaugte Luft durch den Verdichter der Gasturbine auf den Betriebsdruck komprimiert und darauf in zwei Strömen der Wirbelschichtbrennkammer zugeführt wird. Der eine Teilstrom wird als Verbrennungsluft der Wirbelschicht direkt zugeführt, der andere Teilstrom wird durch einen in die Wirbelschichtfeuerung eingetauchten Wärmetauscher geleitet. Das Verbrennungsgas, das eine Temperatur von etwa 860° C hat, wird in einem Elektrofilter gereinigt und vor Eintritt in die Gasturbine mit der Heißluft aus dem Wärmetauscher vereinigt. Die noch in den entspannten Gasen verbliebene Wärme wird über einen Abhitzewärmetauscher gewonnen und die Abgase dann einem Schornstein zugeführt (VGB Kraftwerkstechnik 59 (1979), Heft 8, Seite 636, rechte Spalte, letzer Absatz, bis Seite 637, linke Spalte, Absatz 1 und Bild 7).It is known that to generate electricity and heat from coal by means of a pressure-operated fluidized bed furnace, the sucked in Air is compressed by the compressor of the gas turbine to the operating pressure and then in two streams to the fluidized bed combustion chamber is fed. One partial flow is fed directly to the fluidized bed as combustion air, the the other partial flow is passed through a heat exchanger immersed in the fluidized bed furnace. The combustion gas that has a temperature of about 860 ° C, it is cleaned in an electrostatic precipitator and with the hot air before entering the gas turbine combined from the heat exchanger. The heat still remaining in the expanded gases is transferred to a waste heat exchanger obtained and the exhaust gases then fed to a chimney (VGB Kraftwerkstechnik 59 (1979), issue 8, page 636, right column, last paragraph, up to page 637, left column, paragraph 1 and figure 7).

Die Heißgasreinigung macht bei diesem bekannten Verfahren besondere Schwierigkeiten. Hierzu stehen Elektrofilter, Zyklone oder Kiesfilter zur Verfügung, wobei in allen drei Staubabscheidungsgeräten die hohe Temperatur der Rauchgase von etwa 860 C erschwerend wirkt.The hot gas cleaning makes in this known method particular difficulties. For this purpose, electrostatic precipitators, cyclones or gravel filters are available, in all of which three Dust separation devices, the high temperature of the flue gases of around 860 C has an aggravating effect.

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Außerdem müssen beim bekannten Verfahren die heißen Gase durch entsprechende Heißgasleitungen zu den einzelnen Aggregaten in Gasturbinenanlagen mit einer druckbetriebenen Wirbelschichtfeuerung geleitet werden. Hierzu sind aufwendige Ausführungen der Rohrleitungen entweder aus hochlegierten Cr-Ni-Stählen oder mit einer Ausmauerung und Innenrohr oder durch luftgekühlte Doppelmantelrohre erforderlich, wenn die Rauchgase mit etwa 860° C hindurchgeleitet werden.In addition, in the known method, the hot gases have to pass through appropriate hot gas lines to the individual units be conducted in gas turbine plants with a pressure-operated fluidized bed furnace. These are complex The pipelines are either made of high-alloy Cr-Ni steels or with a brick lining and inner tube or required through air-cooled double-jacket pipes if the flue gases are passed through at around 860 ° C.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, im Bereich der Rauchgasentstaubung und der Rohrleitungsausführung den Gasturbinenprozeß mit druckbetriebener Wirbelschichtfeuerung zu verbessern.The invention is therefore based on the object in the field of flue gas dedusting and pipeline design To improve gas turbine process with pressure-operated fluidized bed combustion.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in einem Verdichter komprimierte, zur Brennkammer strömende Luft zu einem Teil als Verbrennungsluft in die Wirbelschicht und zu einem anderen Teil als Kühlluft in den heißen Rauchgasstrom eingeführt wird, worauf das hierdurch abgekühlte Rauchgas in einen in der Wirbelschicht befindlichen Wärmetauscher zurückgeführt, hier wieder auf die Rauchgastemperatur aufgeheizt und schließlich einer Gasturbine aufgegeben wird.According to the invention, this object is achieved in that the fluid which is compressed in a compressor and flowing to the combustion chamber Air partly as combustion air in the fluidized bed and partly as cooling air in the hot flue gas flow is introduced, whereupon the thereby cooled flue gas into a heat exchanger located in the fluidized bed returned, heated up again to the flue gas temperature and finally given up to a gas turbine will.

Mit der erfindungsgemäßen Arbeitsweise wird die Rauchgasentstaubung und der größte Teil der benötigten Rohrleitungen in den Bereich niedrigerer Betriebstemperaturen verlegt.With the method of operation according to the invention, the flue gas dedusting is achieved and most of the pipelines required are laid in the area of lower operating temperatures.

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Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Teillastbetrieb der Gasturbinenanlage ein Teilstrom des abgekühlten Rauchgases vor dem Wärmetauscher abgezweigt und dann dem aufgeheizten Teilstrom der Rauchgase wieder zugemischt. Erfindungsgemäß sollen die etwa 86O C heißen Rauchgase durch die zugeführte Kühlluft auf etwa 450 C abgekühlt werden. Außerdem kann der Gasturbinenprozeß durch einen Dampfturbinenprozeß zu einem Kombiprozeß erweitert werden.According to a further embodiment of the invention In the case of partial load operation of the gas turbine system, a partial flow of the cooled flue gas before the heat exchanger is used branched off and then mixed back into the heated partial flow of the flue gases. According to the invention, the approximately 86O C hot flue gases can be cooled to about 450 C by the supplied cooling air. In addition, the gas turbine process can be expanded to a combined process by a steam turbine process.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Rauchgasentstabung bei einer niedrigeren Temperatur, beispielsweise bei 450 C, durchgeführt werden kann. Bei dieser Betriebstemperatur sind Elektrofilter voll betriebsfähig. Außerdem ist dann sogar die Verwendung von Tuchfiltern möglich. Weiterhin liegen die Rohrleitungen der Anlage bis auf ein kurzes Rohrstück zwischen Wärmetauscherausgang und Gasturbineneingang in Temperaturbereichen, die mit konventionellen Werkstoffen zu beherrschen sind. Außerdem können die Armaturen durch die Senkung der Betriebstemperatur von etwa 860 C auf etwa 450 C vereinfacht werden. Dies wirkt sich auch auf die Regelung der Anlage aus.The advantages that can be achieved with the invention are in particular that the flue gas removal from the flue gas takes place at a lower level Temperature, for example at 450 C, can be carried out. Electrostatic precipitators are at this operating temperature fully operational. In addition, it is then even possible to use cloth filters. The pipelines are still in place of the system except for a short pipe section between the heat exchanger outlet and the gas turbine inlet in temperature ranges, which can be mastered with conventional materials. In addition, the fittings can be reduced by the lowering Simplified the operating temperature from about 860 C to about 450 C. will. This also affects the control of the system.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt, anhand der das erfindungsgemäße Verfahren im folgenden näher beschrieben wird.An embodiment of the invention is shown schematically in the drawing, on the basis of which the method according to the invention is described in more detail below.

Kohle wird durch die Leitung 9 und Kalk durch die Leitung 8 einer Druckwirbelschichtbrennkammer 2 zugeführt und hierCoal is fed through line 9 and lime through line 8 to a pressure fluidized bed combustion chamber 2 and here

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bei einer Temperatur von etwa 860° C verbrannt. Durch den Kalksteinzusatz wird der aus der Kohle freiwerdende Schwefel gebunden und kann mit der Asche durch Leitung 10 über Schleusen abgezogen werden.burned at a temperature of about 860 ° C. The sulfur released from the coal is created by the addition of limestone bound and can be withdrawn with the ash through line 10 via locks.

Die zur Verbrennung benötigte Wirbelluft wird vom Verdichter 1 auf den Betriebsdruck gebracht und durch die Leitungen 11 und 11 a über den Doppelmantel dem Anströmboden 14 der Druckwirbelschichtbrennkammer 2 zugeführt und strömt dann innerhalb der Wirbelschicht nach oben. Die Rauchgas-Kühlluft wird vom Hauptluftstrom abgezweigt und durch die Leitung 11 b in den Rauchgasstrom in Leitung 12 geleitet. Dadurch wird der Rauchgasstrom von etwa 860° C auf etwa 450 C abgekühlt. Die Rauchgase werden dann in einem Elektroentstauber 3 bei dieser Temperatur gereinigt und durch Leitung 13 a einem in die Wirbelschicht eingetauchten Wärmetauscher 15 zugeführt, wo die Rauchgase wieder auf eine Temperatur unter etwa 860° C aufgeheizt werden. Um die Gasturbine mit Teillast fahren zu können, kann vor dem Wärmetauschereintritt ein Teil der Rauchgase durch Leitung 16 abgezweigt und den Heißgasen in der Leitung 13b als Kühlluft vor der Gasturbine 4 wieder zugesetzt werden. In der Gasturbine 4, die den Verdichter 1 und den Generator 7 antreibt, werden die Heißgase entspannt. Die entspannten Gase gelangen durch die Leitung 17 in einen Abhitzewärmetauscher 5 zur Gewinnung ihrer Wärme und dann durch Leitung 18 in den KaminThe fluidizing air required for combustion is brought to the operating pressure by the compressor 1 and through the lines 11 and 11 a via the double jacket to the inflow base 14 the pressure fluidized bed combustion chamber 2 and then flows upward within the fluidized bed. The flue gas cooling air is branched off from the main air stream and passed through line 11 b into the flue gas stream in line 12. This cools the flue gas flow from around 860 ° C to around 450 ° C. The flue gases are then in an electric dust extractor 3 cleaned at this temperature and a heat exchanger immersed in the fluidized bed through line 13 a 15 supplied, where the flue gases return to a temperature heated below about 860 ° C. In order to be able to run the gas turbine with partial load, before the heat exchanger inlet part of the flue gases branched off through line 16 and the hot gases in line 13b as cooling air before the gas turbine 4 are added again. In the gas turbine 4, which drives the compressor 1 and the generator 7, the hot gases are relaxed. The expanded gases pass through line 17 into a waste heat exchanger 5 for recovery their heat and then through line 18 into the chimney

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Claims

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BERGWERKSVERBAND GMBHBERGWERKSVERBAND GMBH

EXPERIMENTAL COMPANIES OF MINING RESEARCH

4300 Essen 13 (Kray), 21.02.

A 8 / Str-Be

Process for generating electricity and heat from coal

Claims

A method for generating electricity and heat from coal by means of a pressure-operated fluidized bed furnace, in which the hot flue gases are dedusted, then fed to a gas turbine connected to a generator and then to a waste heat boiler, characterized in that the air flowing to the combustion chamber, compressed in a compressor, becomes one Partly as combustion air is introduced into the fluidized bed and partly as cooling air into the hot flue gas flow, whereupon the flue gas cooled down in this way is returned to a heat exchanger located in the fluidized bed, heated up again to the flue gas temperature and finally given to a gas turbine.

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2. The method according to claim 1, characterized in that when the gas turbine system is operating at part load, a partial flow of the cooled flue gas is branched off in front of the heat exchanger and is then mixed back into the heated partial flow of the flue gases.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the approximately 860 C hot flue gases are cooled to about 450 ° C by the added cooling air.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the gas turbine process is expanded to a combined process by a steam turbine process. \

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